國際化工界90多年來一直沿襲、被視為不可替代的費托(F-T)過程，如今被中國科學家顛覆——他們摒棄了高水耗和高能耗的水煤氣變換制氫過程，創(chuàng)造性地直接采用煤氣化產(chǎn)生的合成氣，高選擇性地一步反應(yīng)獲得低碳烯烴。這項技術(shù)發(fā)明也因此被業(yè)界認為是“煤轉(zhuǎn)化領(lǐng)域里程碑式的重大突破”。

 　　全國人大代表、中國科學院大連化學物理研究所研究員、復(fù)旦大學教授、中國科學院院士包信和4日透露了這一最新研究成果。

　　據(jù)介紹，德國科學家費舍爾和托普希1923年發(fā)明了煤經(jīng)合成氣生產(chǎn)高碳化學品和液體燃料的費托過程。該過程并不完美，除產(chǎn)生大量的二氧化碳以外，還要消耗大量的水，且產(chǎn)物選擇性差，后續(xù)處理消耗大量能量。

　　與費托過程不同，包信和研究團隊創(chuàng)制的過程采用部分還原的復(fù)合氧化物作催化劑，CO分子在催化劑氧缺陷位上吸附并解離，氣相氫分子選擇性地與解離生成的C原子反應(yīng)生成亞甲基自由基，而催化劑表面CO解離生成的氧原子傾向于與另一個CO反應(yīng)，形成CO2。亞甲基自由基不在催化劑表面停留或發(fā)生表面聚合反應(yīng)，而是迅速進入分子篩孔道，在孔道限域環(huán)境中進行擇形偶聯(lián)反應(yīng)，定向生成低碳烯烴。

　　“通過以CO替代H2來消除烴類形成中多余的氧原子，在反應(yīng)不改變CO2總排放的情況下，摒棄了水煤氣變換反應(yīng)，從原理上開創(chuàng)了一條低耗水進行煤轉(zhuǎn)化的新途徑。”包信和說。

　　同時，這一新過程通過創(chuàng)造性將氧化物催化劑與分子篩復(fù)合，巧妙地實現(xiàn)CO活化和中間體偶聯(lián)等兩種催化活性中心的有效分離，把費托過程中“漫無目的”生長的自由基控制在一個“籠子”(分子篩)里，使其變成想要的目標產(chǎn)物(低碳烯烴)，破解了傳統(tǒng)催化反應(yīng)中活性與選擇性此長彼消的“蹺蹺板”難題，為高效催化劑和催化反應(yīng)過程的設(shè)計提供了指南。

　　包信和帶領(lǐng)的研究團隊耗時9年完成了這一研究成果，相關(guān)文章將發(fā)表在美國《科學》(Science)雜志，并申報中國發(fā)明專利和國際PCT專利。然而，更讓他感到振奮的，是這項技術(shù)發(fā)明對國家能源安全和資源環(huán)境保護帶來的巨大意義。

　　烯烴是重要的化工原料，高端如航天飛機，日常如生活用品，所用的塑料都是從烯烴生產(chǎn)而來。國內(nèi)外大都采用石油生產(chǎn)烯烴，而對于60%以上石油需要進口、能源結(jié)構(gòu)以煤為主且水資源日益短缺的中國而言，在煤制烯烴領(lǐng)域取得這一新突破的重要性不言而喻。

　　“中國的發(fā)展依賴于技術(shù)的突破。”包信和說，“我們必須走集約發(fā)展、綠色發(fā)展的道路，最根本的辦法是靠新技術(shù)更高效地利用現(xiàn)有資源，使其利用率更高、更環(huán)保。”

　　另據(jù)介紹，美國《科學》雜志同期還將刊發(fā)以“令人驚奇的選擇性”為題的專家評述文章，認為該過程未來在工業(yè)上將具有巨大的競爭力。